Содержание к диссертации
Введение 5
Свойства твердой фазы дисперсий, влияющие на эффективность процесса флотации угольных шламов.
Строение каменных углей І4
Петрографический состав углей 17
Сорбционные свойства углей 20
Влияние метаморфизма каменных углей на их свойства 22
Минеральные примеси угля 30
Выводы 34
Физико-химические свойства заполярных реагентов, влияющие на процесс селективной флотации угольных шламов Современное состояние теории и практики применения
заполярных реагентов при флотации угольных шламов 35
Исследование физико-химических свойств аполярных реагентов
Характеристика применяемых реагентов 45
Исследование адсорбции полярных реагентов 53
Исследования адсорбции полярных реагентов на модельных
и природных поверхностях (S6
Определение адсорбируемости углеводородов на минеральной поверхности из эмульсии 66
Динамический метод определения адсорбции углеводородов... 68
Исследование адсорбируемости углеводородов на модельных поверхностях 70
Исследование адсорбируемости углеводородов на угольной поверхности 75
Изучение собирательных свойств аполярных реагентов Методика проведения опытов беспенной флотации 91
Изучение флотационной активности реагентов собирателей... 103
Выводы
Действие заполярных реагентов при флотации угольных шламов Механизм упрочняющего действия масел при отрыве частицы от пузырька воздуха 115
Влияние состава заполярного реагента на прочность контакта частица-пузырек воздуха 120
Влияние состава собирателя на его десорбцию с поверхности частицы пузырьком воздуха Элементарный акт флотации тонких частиц 132
.1. Особенности флотации малых частиц 135
.2. Влияние размера и свойств агрегатов частиц на процесс флотации 142
.3, Условие удержания агрегата частиц на поверхности пузырька.. 143
.4. Влияние прочности агрегетов на их флотируемость 146
Действие заполярных реагентов при флотации тонких
угольных шламов 148
. 1. Гидрофобная агрегация угольных дисперсий 150
Роль и значение гистерезиса смачивания при флотации тонких
частиц 153
1. Влияние электролитов на флотацию углей 158
.2 Влияние электролитов на гистерезис периметра смачивания 167
.3. Влияние состава заполярного реагента на величину упрочнения контакта частица - пузырек воздуха 171
Выводы 175
Повышение эффективности действия заполярных реагентов
Физико-химическая характеристика и свойства окисей олефинов 179
Адсорбция окисей олефш-юв на минеральной поверхности.
Свойства изомеров окиси бутилена Особенности технологии флотации угольных шламов при
использовании окисей олефинов
Выводы
Промышленные испытания и внедрение в производство результатов разработки научных основ и методов повышения эффективности разделения угольных шламов при флотации.
Промышленные испытания и внедрения реагентных режимов на ЦОФ «Ведовская»
1. Промышленные испытания и внедрение специализированного реагента собирателя
2. Промышленные испытания и внедрение реагента 0-2 Испытания и внедрение усовершенствованной схемы флотации на ЦОФ «Березовская»
Промышленные испытания и внедрение в производство способа повышения эффективности действия собирателя
1. Результаты промышленных испытаний и внедрения реагента «Кузбасс» на ЦОФ «Березовская»
2. Результаты внедрения реагента «Кузбасс» на ЦОФ «Сибирь»
Выводы
Заключение
Литература
Приложения
Введение к работе
Направление развития угольной промышленности на выпуск высококачественного топлива, расширение переработки угля требует выявления и использования внутренних резервов угольной промышленности. Внедрение комплексной механизации при добычных работах и транспортировании угля вызывает значительное увеличение содержания мелких частиц в рядовых углях, поступающих на обогатительную фабрику, что приводит к необходимости увеличения объема переработки угольной мелочи методом флотации. Флотация, в настоящее время, является единственным способом эффективной сепарации угольных шламов и важнейшим процессом регенерации оборотной воды на углеобогатительной фабрике, что позволяет существенно повысить эффективность гравитационных процессов обогащения, сократить потери угля в отходах. Эффективность процесса флотации определяется, в частности, свойствами поверхности минеральных частиц, применяемыми реагентами и их взаимодействием с поверхностью частиц. В большинстве случаев в практике флотации угольных шламов используются традиционные реагенты, а подбор новых реагентов носит случайный характер. Анализ работы флотационных отделений обогатительных фабрик подтверждает, что основными трудностями при флотации угольного шлама является обеспечение процесса эффективными аполяр-иыми реагентами, имеющими постоянный состав и позволяющие интенсифицировать технологический процесс флотации при его селективности.
Известно применение смеси продуктов нефтепереработки и добавок ПАВ в состав собирателя при флотации угля. Однако изучению механизма действия при создании композиций реагентов, с целью повышения эффективности селективной флотации угольных шламов, должного внимания не уделялось.
Поэтому очевидна актуальность разработки теоретических основ и методов повышения эффективности разделения угольных шламов при флотации за счет создания композиции аполярных реагентов, обеспечивающих возможность управления гидрофобизацией поверхности раздела фаз угольная частица-пузырек воздуха, обладающих высокой селективностью действия, с целью повышения эффективности технологий флотации угольных шламов, тго является важной народно-хозяйственной задачей.
Диссертационная работа обобщает результаты научно - исследовательских работ и этапов, выполненных при непосредственном участии и под руководством автора в рамках планов НИОКР Сибнииуглеобогащение в соответствии с координационным планом ГКНТ по проблеме 0.05.100 "Разработать и освоить новые технологические процессы и высокопроизводительное оборудование для обогащения углей и сланцев, обеспечивающих значительное повышение качества концентрата и снижение потерь угля в отходах"; по проблеме 0.05.04 "Разработать и внедрить прогрессивную технологию и технику обогащения углей, антрацитов и сланцев физико - механическими и физико - химическими методами"; по проблеме 0.05.04.04.01. "Исследовать и организовать производство гетерополярных реагентов для флотации углей", по целевой комплексной программе Ц 111310 «Усовершенствование технологических процессов и техники обогащения углей и сланцев».
Основной целью работы является научное обоснование, разработка и решение проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение: повышение эффективности разделения при флотации угольных шламов, как за счет создания композиций аполярных реагентов, так и повышения эффективности действия используемых реагентов, что позволит улучшить качество выпускаемых продуктов и сократить потери угля.
Основная идея работы заключается в установлении и использовании закономерностей регулирования адсорбционного взаимодействия аполярных реагентов с угольными и породными составляющими шламов и повышении, на этой основе, эффективности флотационного метода их селективного разделения.
Задачи исследований. - Обосновать новое направление в области управления процессом селективной флотации угольных частиц и избирательное извлечение их в пенный продукт с помощью комплекса реагентов, вводимых в состав собирателя.
обеспечивающих эффективную гидрофобизациЕО поверхности раздела фаз пузырек воздуха - частица угля;
- Выявить взаимосвязь между качественно-количественным составом угольных шламов и адсорбционными свойствами аполярного реагента разного состава;
- Установить зависимость между крупностью флотируемого угля и оптимальным составом собирателя.
- Раскрыть особенности механизма действия аполярных реагентов на угольных и породных частицах при применении окисей олефинов.
- Разработать рекомендации по оптимальному составу аполярного собирателя с учетом стадии метаморфизма угля и состава породы.
- Разработать новые эффективные реагенты и рекомендации по созданию аполярных реагентов, основанных на компаундировании отдельных фракций и групп углеводородных составляющих для повышения селективности процесса флотации угольных шламов.
Методы исследований: Теоретической и методологической основой исследований являются разработки в области физико-химических основ теории флотации. В работе использован комплекс физических, химических и физико-химических исследований, ряд из которых усовершенствован применительно к поставленным задачам.
- Нефелометрическое определение остаточной концентрации реагента с предварительной его экстракцией, а так же разработанная новая методика определения остаточной концентрации аполярного реагента без его экстракции с применением хроматографа с люминесцентным детектором, что позволило установить закономерности адсорбции аполярных реагентов разного состава на поверхности минеральных частиц.
- Изучение состава аполярного реагента и разделение его на фракции и группы осуществлялось с применением ректификации, ИК-спектроскогши, адсорбционной хроматографии с использованием вытеснителей, химических и нефелометрических методов анализа.
- Изменение гидратированости минеральной поверхности оценивалось по величине силы отрыва частиц от пузырька воздуха.
- Химическими методами анализа определялось взаимодействие окисей олефинов с минеральной поверхностью. Хроматографическим способом определялась остаточная концентрация окисей олефинов в пульпе. Определение дисперсности эмульсий аполярных реагентов проводилось микрофотографическим и нефелометрическим способом.
- Флотационные свойства реагентов исследовались в аппарате беспенной флотации и в механических флотационных машинах.
- Разработка рекомендаций по повышению эффективности процесса селективной сепарации угольных шламов осуществлялось на основании анализа и обобщения результатов аналитических, лабораторных и опытно-промышленных испытаний.
- Научные основы и методы повышения эффективности разделения при флотации угольных шламов созданием эффективных аполярных реагентов.
- Теоретическое обоснование, разработка и реализация технических и технологических решений повышения эффективности флотации углей, основанных на введении в состав собирателя фракций и групп углеводородных составляющих с учетом свойств дисперсной фазы.
- Установленные особенности механизма действия аполярных реагентов при флотации угольных шламов с применением окисей олефинов.
- Высокоэффективные, ресурсо- и энергосберегающие технологии флотации при замкнутых водно-шламовых схемах обогащения угля.
Научная новизна заключается в следующем:
- Научно обосновано и создано новое перспективное направление управления селективной сепарацией минеральных частиц и избирательного извлечения их в пенный продукт при флотации с помощью комплекса реагентов, вводимых в состав собирателя, обеспечивающих эффективную гидрофобизацию поверхности раздела фаз пузырек- частица угля;
- Разработаны рекомендации по управлению процессом гидрофобизации поверхности раздела пузырек воздуха - угольная частица и повышении, тем самым, эффективности флотации угольных шламов;
- Установлено, что адсорбционные и гидрофобизирующие свойства углеводородов зависят от группового состава собирателя и свойств минеральной поверхности;
- Установлено, что при флотации угольных шламов введение в состав собирателя легких и средних ароматических углеводородов является фактором, определяющим селективность действия аполярных реагентов, количество тяжелых ароматических углеводородов определяет прочность контакта частица - пузырек и, тем самым, извлечение в концентрат крупных угольных частиц;
- Разработана новая методика определения остаточной концентрации углеводородов различного состава в жидкой фазе без их предварительного экстрагирования, что позволило повысить точность определения адсорбции углеводородов разного состава на поверхности минеральных частиц и их влияние на процесс селективной флотации;
- Установлено влияние группового и фракционного состава аполярного реагента и электролитов на прочность закрепления реагента на угольной частице и частицы угля на пузырьке воздуха;
- Установлены особенности механизма действия аполярных реагентов в присутствии окисей олефинов при флотации угольных шламов;
Личный вклад автора состоит в теоретическом обосновании, разработке и реализации научных, технических и технологических решений нового направления повышения эффективности флотации углей с помощью комплекса реагентов. вводимых в состав собирателя, обеспечивающих эффективную гидрофобизацию поверхности раздела фаз угольная частица-пузырек воздуха и включает; - Научное обоснование нового метода управления процессом селективной флотации угольных частиц с помощью комплекса реагентов, входящих в состав собирателя, обеспечивающих эффективную гидрофобизацию поверхности раздела фаз пузырек воздуха - частица угля;
- Разработку рекомендаций по эффективному составу собирателя и создание на их основе новых эффективных реагентов для флотации угольных шламов;
- определение влияния на элементарный акт флотации и результаты флотации состава аполярного реагента и стадий метаморфизма угля;
- Установление связи между крупностью флотируемого угля и оптимальным составом собирателя;
- Определение адсорбционных свойств угольных частиц разной стадии метаморфизма и оксидов кремния и алюминия по отношению к аполярным реагентам разного состава;
- Установление особенностей механизма действия аполярных реагентов с добавками окисей олефинов и повышение на этой основе эффективности действия собирателя при флотации угольных шламов.
Практическое значение. Результаты выполненных исследований позволили:
- Разработать и внедрить в производство ресурс о - сберегающие технологии флотации угольных шламов, которые обеспечили снижение потерь угля с отходами и повышение качества концентрата флотации при уменьшении вредного экологического воздействия на окружающую природу;
- Разработать рекомендации по оптимальному составу композиций аполярных реагентов с учетом стадии метаморфизма угля и состава породы флотируемой пульпы;
- Рекомендовать для флотации угольных шламов новые, высокоэффективные реагенты, которые защищены авторскими свидетельствами и патентами;
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. содержащихся в работе, подтверждается:
- Статистической обработкой данных исследований:
- удовлетворительной сходимостью результатов комплексных аналитических, экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и промышленных условиях;
- Все разработки проверены в промышленных условиях и длительное время используются на флотационных отделениях углеобогатительных фабриках, что позволило накопить достаточное количество статистических данных, подтверждающих достоверность научных положений, результатов исследований, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации.
- Основные научные положения опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, и докладывались на представительных конференциях.
Реализация работы.
- Аполярный реагент РСО (ТУ-38 101720-78) испытан и внедрен на всех флотационных отделениях обогатительных фабрик Кузнецкого бассейна. Преимуществом реагента, по сравнению с существующими образцами, является стабильность качества, обусловленная наличием в технических условиях нормируемых параметров, определяющих флотационную активность, повышение технологических показателей процесса флотации, сокращение расхода реагента.
- Внедрение новой разработанной технологической схемы флотации на ЦОФ "Березовская" позволило увеличить выход концентрата флотации на 0,6 %.
- Проведены промышленные испытания и осуществлено внедрение нового аполярного реагента для повышения селективности флотации угольных шламов, основанного на введение в состав собирателя отдельных эффективно действующих фракций и групп углеводородных составляющих. Внедрение технологии флотации угольных шламов на ЦОФ "Ведовская" позволило увеличить выход концентрата флотации на 1,1 %, повысить зольность отходов флотации на 4-5 %, сократить расход собирателя на 20 %, увеличить нагрузку на флотационное отделение на 10-15 %.
От внедрения разработок получен значительный экономический эффект. Результаты исследований и практические рекомендации работы используются в дипломном проектировании, бакалаврских и магистерских работах студентами КузГТУ.
Апробация работы. Диссертационная работа в целом доложена, обсуждена и одобрена на кафедре ОПИ КузГТУ, на ученом совете Сибнииуглеобогащение, на научно-техническом семинаре КузГТУ.
Отдельные результаты и положения работы докладывались и обсуждались:
на Ученом совете КузНИИУглеобогащение (г. Прокопьевск, 1972-1980); на VI Всесоюзной научной конференции ВУЗов СССР с участием научно-исследовательских институтов (Москва, 1977); на научно-практической конференции ученых и специалистов (Прокопьевск, 1978); на научно-практической конференции (Кемерово, 1990); на 2 Международной конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Кемерово, 1997); на 4 Международной научно-практической конференции. (Новокузнецк, 1997); на Международной научно - практической конференции "Технологические и экологические аспекты комплексной переработки минерального сырья" (Иркутск, 1998); на конференции "Опыт и перспективы наукоемких технологий в угольной промышленности Кузбасса". Институт Угля и Углехимии СО РАН (Кемерово, 1998); на международной конференции "Progress in Mining and Oilfield Chemistry" / Challenges of an Interdiscplinary Science-Akademiai Kiado, (Budapest, Hungery, 1998); на международной конференции «10 International conference on coal science (ICCS-99)" Chine, 1999; на XX - Всероссийской конференции по химии и технологии органических соединений серы; (Казань, 1999); на международной выставке ЭКСПО - Уголь (Кемерово, 1999); на IV международной конференции «Химия нефти и газа» (Томск, 2000). Аполярный реагент экспонировался на ВДНХ СССР и получил серебряную медаль.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 39 печатных работ, в том числе 2 авторских свидетельства и 2 патента. Публикации 28 работ осуществлено в изданиях, рекомендованных ВАКом и приравненных к ним.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заложения. Основное содержание работы изложено на 232 страницах машинописного текста. Содержит 48 рисунков и 16 таблиц при общем объеме 277 страниц.
Автор выражает глубокую благодарность за консультации докторам технических наук В.И. Тюрниковой, А.А. Байченко, Л. А. Антипенко, И.Х. Де-бердееву, A.M. Мирошникову, Р.С. Мин, Ю.В. Савиных, коллегам по совместной работе кандид. техн. наук М.С. Клейну, В.И. Кочкину, Г. Л. Евменовой, Е.М. Бочаровой, благодаря которым автору удалось довести работу до завершения, коллективам и руководству обогатительных фабрик Кузбасса, без активной помощи и поддержки которых невозможны промышленные испытания и внедрение новых реагентных режимов и технологий флотации.
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении «Кузбасский государственный технический университет» и на обогатительных фабриках Кузбасса. Некоторые исследования выполнены в Сибнииуглеобогаще-ние, институте химии нефти (ИХН) СО РАН.
